Venüs neden kurak? Cevap atmosferin yükseklerinde
Venüs birçok farklı nedenden dolayı ilgi çekici bir gezegen, ancak astronomlar arasında bu gezegenin neden bu kadar kurak olduğunu keşfetmeye yönelik özel bir istek var. Burası, ortalama yüzey sıcaklığı 462 santigrat derece olan bir cehennem gibi, bu da onu Merkür'den daha sıcak yapıyor. Bu nedenle büyük ölçüde kuru bir çöl manzarası beklenebilir. Buna rağmen bilim insanları Venüs'te de bir zamanlar Dünya'dakine benzer şekilde okyanusların aktığını düşünüyor. Peki tüm bunlara ne oldu?
Colorado Boulder Üniversitesinde araştırmacı bilim insanı olan Dr. Eryn Cangi, bu gizemin temeline inmeye hevesli. Bir yandan, Venüs'te artık hiç bulunmayan yüzey suyuna ne olduğunu büyük ölçüde bildiğimizi kabul ediyor. Öte yandan, atmosferde kalan daha az miktardaki suya ne olduğunu çözmeye hevesli. Atmosferde kalan bu su, içi boşaltıldıktan sonra bir şişenin yüzeyinde kalan damlalara benziyor.
İlerleme kaydetmek için Mars'a odaklanan doktora çalışmasından yararlandı. Bu çaba sayesinde, esnek ve birden fazla gezegen türüne uyarlanabilen bir bilgisayar modeli geliştirdiğini ve bunun Venüs'te durumun nasıl ve neden ortaya çıktığını açıklamak için uzun bir yol kat etmesini sağladığını söylüyor. Cangi, ekibinin yürüttüğü çalışma hakkında şunları söylüyor: “Mars atmosferini modellediğimizde bazı ilginç sonuçlarla karşılaştık ve bu modeli, benzer bir atmosferik bileşime sahip olan Venüs’e uygulamaya karar verdik. Venüs ve Mars’ı geçmişleriyle birlikte anlayarak, kayaç gezegenlerin Mars gibi soğuk bir halden, Venüs gibi kavurucu bir hâle nasıl geldiğini çözebiliriz. Bu da, Dünya gibi yaşanabilir bir gezegeni oluşturmak ve sürdürebilmek için hangi faktörlerin gerekli olduğunu keşfetmemize yardımcı olabilir.”
Cangi'nin çalışması yaklaşık 2 yıl önce başladı ve önemli bir gerçeğe dayanıyordu. “Venüs boyut ve kütle olarak Dünya'ya benziyor. Gezegen ayrıca Dünya'yla aynı maddeden oluştu, bu yüzden Venüs'ün evimize benzer olmasını ve 'Dünya'nın ikizi' adını hak etmesini bekleyebiliriz” diye açıklıyor. Venüs'ün milyarlarca yıl önce Dünya kadar suya sahip olduğu düşünülüyor, çünkü gezegenin bulutlarında az miktarda su buharı bulunuyor ve bu da bir zamanlar işleyen bir su döngüsüne sahip olduğunu gösteriyor. Ancak geçmişte bir noktada, muhtemelen Venüs'ün oluşumundan sonraki ilk milyar yıl içinde, ilk okyanus yoğun güneş ışığı altında buharlaştı, morötesi ışınım su buharı moleküllerini parçaladı ve hidrojen hidrodinamik kaçış adı verilen bir süreçle uzaya kaçtı. Venüs, Dünya'nınkinden 90 kat daha kalın bir karbondioksit atmosfer ve Güneş Sistemi'ndeki başka hiçbir gezegende görülmeyen yoğunlukta bir sera etkisi geliştirdi.
Ancak Cangi'nin çalışma arkadaşı Michael Chaffin'in de belirttiği gibi, antik buharlaşma gezegenin nasıl bu kadar kurak hale geldiğini tam olarak açıklayamıyor. Ayrıca suyun uzaya nasıl kaybolmaya devam ettiğini de açıklayamıyor. “Asıl soru, bu nasıl ve neden oldu?” diyor Cangi. "Bu kuraklaşmaya hangi süreçler yol açtı ve bu süreçler ne zaman işledi? Üstelik uzaya su kaybı bugün nasıl devam ediyor? Bu soruların hepsinin gezegenin yaşanabilirliğini ve yaşamın var olması için gerekli koşulları anlamak için önemli etkileri var.”
Araştırmacılar bu soruları yanıtlamak için bilgisayar modelleri kullandılar ve Venüs'ü büyük bir kimya laboratuvarı olarak ele aldılar. Cangi'nin açıkladığı gibi, gezegen hakkında bilgi edinmenin birkaç yolundan biri bu. Cangi, All About Space'e “Venüs'ün atmosfer basıncı normal Dünya atmosfer basıncının 90 katıdır ve yüzey adeta bir pizza fırını kadar sıcaktır” diyor. “Sülfürik asit bulutları yüzeyi normal görünür ışıktan gizliyor. Bu koşullar Venüs'ü incelemeyi çok zorlaştırıyor.”
Gezegen hakkında bildiklerimiz birkaç yörünge aracından, uzun ömürlü olmayan yüzey sondalarından ve yer tabanlı gözlemlerden geliyor. "Döteryumun [D] hidrojene [H] oranının teleskopik ölçümleri bize Venüs'ün eskiden neredeyse Dünya kadar suya sahip olduğunu, ancak bu suyun bugün kesinlikle orada olmadığını söylüyor. Sıcak koşullar nedeniyle yüzeyde herhangi bir sıvı su bulmayı beklemiyoruz, ancak atmosferde eser miktarda su kalmış durumda. Bu suyun uzaya kaybını D/H oranıyla birlikte incelemek, milyarlarca yıl boyunca Venüs'ü kurutmak için neler olduğunu anlamamıza yardımcı olur.”
Buradaki fikir, Cangi'nin Mars'ı inceleyerek öğrendiği bilgileri alıp Venüs'e uygulamaktı. “Fizik ve kimya bilgimizi ve daha genel olarak Mars'ta atmosferik kaçış hakkında öğrendiklerimizi uygulayarak, bugün Venüs'te atmosferde buhar olarak ne kadar su kalması gerektiğini bulabiliriz” diyor. “Sorun şu ki, atmosferik kayıpla ilgili mevcut teoriler, ölçtüğümüzden daha büyük bir buhar miktarını öngörüyordu. Bu da bize mevcut teorilerde bir şeylerin eksik olduğunu gösterdi.”
Cangi, gezegen bilimi topluluğunun hidrojen atomları ile su kaybı arasındaki bağlantıyı bir süredir bildiğini söylüyor ve bunun Mars'ta gerçekten iyi çalışıldığını açıklıyor. Bu, Venüs'te neler olabileceğine dair büyük bir ipucu sağladı ve ekibi hidrojen atomlarının oynadığı role daha yakından bakmaya sevk etti. Özellikle de döteryumun hidrojen atomunun daha ağır bir versiyonu olduğu ve bu ikisinin oranının bir atmosferin zaman içinde nasıl değiştiğinin bir göstergesi olabileceği gerçeğine odaklandılar. Cangi, “Tipik olarak, bir gezegendeki D/H oranı Dünya'dakinden daha büyükse, bu bize gezegenin uzaya çok fazla su kaybettiğini söyler” diyor.
Bunu açıklamak için, su moleküllerine güneş ışığı çarptığında moleküllerin atmosferde parçalandığını ve bunun hidrojen ve döteryumu serbest bıraktığını söylüyor. Hidrojen atmosferden kaçar ve döteryumdan daha hafif olduğu için uzaya daha kolay gider. Sonuç olarak, zaman içinde D/H oranı artar. “Mars'ta bu oran Dünya'nın yaklaşık altı katıdır, ancak Venüs'ün oranı Dünya'nın 120 katı” diyor. “Bu ve mevcut kaçış teorisi ile bugün gözlemlenen su arasındaki tutarsızlık, Venüs'te Mars'ta olduğundan daha farklı şeyler olduğunu düşündürüyor."
Ekip, yaptıkları simülasyonlar sayesinde, suyun HCO+ adı verilen bir molekül nedeniyle Venüs'ün atmosferinin üst kısımlarından uzaklaştırıldığını keşfetti. Bu molekül bir hidrojen atomu, bir karbon atomu ve bir oksijen atomundan oluşuyor ve gezegenlerin üst atmosferlerinde su karbondioksit ile karıştığında ortaya çıkıyor. Bunun sonucunda Venüs, önceki tahminlere kıyasla günde yaklaşık iki kat daha fazla su kaybederek, beklenen ve gözlemlenen su kaybı arasındaki açığı kapatmaya yetecek kadar hidrojenin nasıl kaçtığını açıklamaya yardımcı oluyor. Dahası, bu etki ekibin Mars'ın suyunun büyük bir bölümünü kaybetmesinden de sorumlu olduğuna inandığı bir durum.
Teori, Venüs'ün atmosferinde sürekli olarak HCO+ üretildiğini, ancak iyonların sadece kısa bir süre hayatta kaldığını söylüyor. Venüs'ün atmosferindeki elektronlar iyonları bulduklarında hızla yeniden birleşiyorlar. Bu da iyonların ikiye bölünerek nötr bir karbon monoksit molekülüne ve bir hidrojen atomuna dönüşmesine neden oluyor. Hafif hidrojen atomları yüksek enerjiye sahip olur ve gezegenin atmosferinden kaçarak uzaya gider. HCO+ ayrışmalı rekombinasyon olarak bilinen bu reaksiyon yoluyla Venüs, suyun iki bileşeninden biri olan hidrojeni kaybetmiş olur. Daha da önemlisi, teoride belirtildiği gibi atmosferde fazla miktarda HCO+ molekülü varsa, bu Venüs'ün aşırı kurak duruma ulaşmasına yol açar.
“HCO+ ile elektron reaksiyonunu Mars'ı incelediğim dönemde modelimize eklemiştim. İyon reaksiyonları döteryum kaçışını anlamak için önemlidir,” diyor Cangi. "Modeli tam olarak hangi reaksiyonların kaçışa en çok katkıda bulunduğunu incelemek için kullandım. Sonuç olarak bu HCO+ reaksiyonunun hem hidrojen hem de döteryum kaçışı ve dolayısıyla su kaybı için çok önemli olduğu ortaya çıktı."
“Mars ve Venüs aslında benzer üst atmosferlere sahip, bu yüzden modelimizi Venüs için çalışacak şekilde değiştirdik ve benzer sonuçlar bulduk. Modelleme bulgusunu desteklemek için Pioneer Venus Orbiter (PVO) verilerine de baktık. PVO, HCO+ iyonunu ölçemedi, ancak HCO+ oluşturmak için reaksiyona giren molekülleri ölçebildi. Bu moleküller, modelimizin öngördüğü HCO+ bolluğuna yol açacak miktarlarda mevcuttu.”
Nature dergisinde yayınlanan sonuç, Venüs'ün kemik kurusu doğasına nihayet bir açıklama getirmesi açısından oldukça önemli. Tüm bunlar, bilim insanlarının sıvı suyu destekleyen koşulları daha iyi anlamalarına yardımcı olurken, sadece Mars ve Venüs'te değil, galaksideki diğer gezegenlerde de suya ne olduğunu gösterecek. Venüs'ün atmosferinde meydana gelen çeşitli reaksiyonlar hakkında daha fazla fikir verecek ve küçük değişikliklerin nasıl çok farklı dünyalara yol açabileceğini ortaya koyacak.
Cangi, “HCO+, su kaybının bir nedeni olarak, su kaybına uğrayan veya geçmişte uğramış olan karbondioksit ağırlıklı bir atmosfere sahip herhangi bir gezegende muhtemelen önemli olacaktır ve bunu Mars modellememizde zaten gördük" diyor. Ancak bu bize Dünya'daki yaşam hakkında pek bir şey söylemiyor. Cangi, “Atmosferik bileşimimiz azot ağırlıklı olduğu için bunların doğrudan Dünya'ya uyarlanması pek mümkün değil,” diyor. “Ancak Venüs veya Mars benzeri ötegezegenlerde bu durum geçerli olabilir.” Bir sonraki adım, HCO+'nun Venüs'ün atmosferinde kesinlikle mevcut olduğunu doğrulamak. HCO+ daha önce hiç gözlenmedi, ancak bilim insanları bunun nedeninin şu anda onu tespit etmek için gerekli cihazlara sahip olmamamız olduğunu söylüyorlar. Venüs'e uzay araçlarıyla gönderilen bilimsel araçların HCO+'yu görebilecek donanıma sahip olmadığı kesin. Fakat araştırmacılar artık bir gelecekteki bir görevde bunun doğru ya da yanlış olduğunu kanıtlayacak yeterli donanıma sahip olunacağına inanıyorlar. Bunun ne zaman gerçekleşeceği ise tam olarak bilinmiyor.
Örneğin NASA'nın planladığı Venüs Derin Atmosferi Soygazlar, Kimya ve Görüntüleme Araştırması (DAVINCI), gezegenin Dünya kadar sulak ve yaşanabilir olup olmadığını belirleyebilecek. Ancak, bu görev önümüzdeki on yıl içinde atmosferik bir iniş sondası kullanarak Venüs'ü incelediğinde HCO+'yu tespit edemeyecek. Diğer görevlerin de 2030'larda başlaması bekleniyor ve HCO+ tespit yetenekleri için de herhangi bir plan henüz yok.
Cangi, “Önümüzdeki yıllarda planlanan pek çok harika Venüs görevi var” diyor. “NASA'nın DAVINCI ve VERITAS'ının yanı sıra Avrupa Uzay Ajansı'nın EnVision'ı, yüzey ile orta ve alt atmosfer hakkındaki anlayışımızı değiştirecek. Ancak bu görevler üst atmosfere odaklanmıyor. Bu yüzden Venüs'te atmosferik kaçış ve evrime odaklanan bir üst atmosfer araştırması için yeni bir görev fırsatı doğuyor. Böyle bir görev bulgularımızı daha da doğrulayarak tıpkı Mars'taki MAVEN (Mars Atmosferi ve Uçucu Evrimi) görevinde olduğu gibi yeni ve beklenmedik soruları ortaya çıkarabilir. Böyle bir görev gerçekleştirilirse, HCO+ tespit edilmemesi beni oldukça şaşırtır."
